复旦大学(微电子)半导体器件第七章_BJ

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1、第七章双极型晶体管基本结构载流子流动情况及工作原理理想晶体管的直流输入输出特性二级效应击穿特性高频特性开关特性晶体管模型双极型晶体管的结构n+pnEBC发射区基区集电区p+npEBC发射区基区集电区ECBnpnECBpnp晶体管结构示意举例合金管平面管晶体管的工作原理放大条件：2oWb<

2、比）1（当Ne/Nb>>1时）1（当Wb<>1IbIeIcVbeVce例如：=0.99，则100晶体管中的少子分布00N+PNWb0x-x1x2x2正偏反偏晶体管的直流特性发射结电流电子：空穴：基区电流电子：空穴（复合电流）：但Jne略大于Jnc发射效率（注入比）基区输运系数（当Wb<

3、特性输出特性发射极势垒区复合的影响发射极势垒区复合发射极电流集边效应Seff：发射极有效半宽zyxSeJ(Seff)=J(0)/e……EBrbb’基区宽度调变效应（Early效应）N+PNWb*WbVcbWb*dnb/dxIneIcEarly电压Early效应对共基极输入、输出特性影响EBCEarly效应输入特性输出特性Vbe不变，VcbWbnpb0/Wb（斜率）Ine(Ie)Early效应对共射极输入、输出特性影响输入特性输出特性BECEarly效应Early效应Vbe不变

4、，VcbWbIvb（复合）IbKirk效应（有效基区扩展效应）pnxn+E集电区大注入：nc~Nc集电极电流Jcncq(Nb+nc)q(Ncnc)饱和漂移速度Kirk效应Kirk效应（有效基区扩展效应）中性nc=Ncnc>Nc--------------临界Jc0nc=nc0EmaxJc>Jc0WbWb+WbKirk效应Kirk效应发生的条件:晶体管的击穿特性基区穿通n+nxcpn+pnn+(Nc)xEEmax0Wcxmc’集电区穿通晶体管的高频效应reresCT

5、eCDerbb’CDcCTcrcrcs高频：ie~ic相位差CEB晶体管的高频特性共基极截止频率共发射极截止频率ebdc发射结充放电基区渡越集电结渡越集电结充放电（通常b>>edc）晶体管的高频特性(dB)20log(dB)20logf、f：3dB频率dB（分贝）定义：（共发射极无放大作用时）特征频率fT与工作点的关系ebKirk效应晶体管的开关特性截止电流VccRLrb漏电流（与工艺有关）产生电流扩散电流晶体管的开关特性饱和现象VccRLrbceVbb

6、VinbIbIc放大区、饱和区当IbIc,max时，进入饱和状态，IbIc,(=Ib)IcRLVceVbc()(+)放大区饱和区饱和深度s=1临界饱和状态<晶体管的开关特性饱和压降VcVeBCEVcesrcsVbes++resrbsIbIc饱和压降合金管rcsres均很小s（=Ib/Ic，饱和深度）Vces（但需考虑ts的要求）平面管rcs>>res用n+埋层或n/n+外延结构做集电极晶体管的开关特性开关时间VccRLrb1ceVbbrb2ViHViLbVbeV

7、iLViHtIbIb1tIb2IcstIc0.9Ics0.1Icst0t1t2t3t4t5Vcet>>0延迟时间td=t1t0上升时间tr=t2t1储存时间ts=t4t3下降时间tf=t5t4晶体管的开关特性储存时间A....延迟时间上升时间BCD储存时间下降时间p零偏正偏n+nDp零偏正偏n+nC抽取基区、集电区超量储存电荷定义：饱和深度s=1临界饱和状态晶体管的开关特性储存时间A....延迟时间上升时间BCD储存时间下降时间pn+n电荷控制方程超量储存电荷当时，Qpc=0降低t

8、s措施：1oIb1s2opc掺Au（复合中心）3oIb2提高开关速度的途径1o掺Aupc2o不掺Au时cNcpc3oWcQpc4oCTeCTcAjeAjc5oWbQb共基极低频小信号模型——Tee(CBss-Tee)模型geb：共基极时输入电导即发射结动态电阻re的倒数gmr：集电结电压反馈（Early效应）gmf：共基极时放大能力gcb：共基极时输出电导（Early效